И SoC (систем на чипу) и SiP (систем у пакету) су важне прекретнице у развоју модерних интегрисаних кола, омогућавајући минијатуризацију, ефикасност и интеграцију електронских система.
1. Дефиниције и основни концепти SoC-а и SiP-а
SoC (Систем на чипу) - Интеграција целог система у један чип
SoC је попут небодера, где су сви функционални модули дизајнирани и интегрисани у исти физички чип. Основна идеја SoC-а је интеграција свих основних компоненти електронског система, укључујући процесор (CPU), меморију, комуникационе модуле, аналогна кола, сензорске интерфејсе и разне друге функционалне модуле, на један чип. Предности SoC-а леже у његовом високом нивоу интеграције и малој величини, што пружа значајне предности у перформансама, потрошњи енергије и димензијама, што га чини посебно погодним за производе високих перформанси осетљиве на енергију. Процесори у Apple паметним телефонима су примери SoC чипова.
На пример, SoC је попут „супер зграде“ у граду, где су све функције дизајниране унутар њих, а различити функционални модули су попут различитих спратова: неки су канцеларијски простори (процесори), неки су простори за забаву (меморија), а неки су комуникационе мреже (комуникациони интерфејси), све концентрисано у истој згради (чипу). Ово омогућава целом систему да ради на једном силицијумском чипу, постижући већу ефикасност и перформансе.
SiP (Систем у пакету) - Комбиновање различитих чипова заједно
Приступ SiP технологије је другачији. Више је као паковање више чипова са различитим функцијама унутар истог физичког паковања. Фокусира се на комбиновање више функционалних чипова путем технологије паковања, уместо на њихову интеграцију у један чип као што је SoC. SiP омогућава да се више чипова (процесори, меморија, РФ чипови итд.) пакују један поред другог или слагају унутар истог модула, формирајући решење на системском нивоу.
Концепт SiP-а може се упоредити са склапањем кутије за алат. Кутија за алат може да садржи различите алате, као што су одвијачи, чекићи и бушилице. Иако су то независни алати, сви су обједињени у једној кутији ради практичне употребе. Предност овог приступа је у томе што се сваки алат може развијати и производити засебно, и могу се „склопити“ у системски пакет по потреби, пружајући флексибилност и брзину.
2. Техничке карактеристике и разлике између SoC-а и SiP-а
Разлике у методи интеграције:
SoC: Различити функционални модули (као што су CPU, меморија, I/O итд.) су директно дизајнирани на истом силицијумском чипу. Сви модули деле исти основни процес и логику дизајна, формирајући интегрисани систем.
SiP: Различити функционални чипови могу се произвести коришћењем различитих процеса, а затим комбиновати у једном модулу за паковање користећи 3Д технологију паковања да би се формирао физички систем.
Сложеност и флексибилност дизајна:
SoC: Пошто су сви модули интегрисани на једном чипу, сложеност дизајна је веома висока, посебно за колаборативни дизајн различитих модула као што су дигитални, аналогни, РФ и меморијски. Ово захтева од инжењера да имају дубоке могућности међудоменског дизајна. Штавише, ако постоји проблем са дизајном било ког модула у SoC-у, цео чип ће можда морати да се редизајнира, што представља значајне ризике.
SiP: Насупрот томе, SiP нуди већу флексибилност дизајна. Различити функционални модули могу се дизајнирати и верификовати одвојено пре него што се упакују у систем. Ако се појави проблем са модулом, потребно је заменити само тај модул, док остали делови остају непромењени. Ово такође омогућава веће брзине развоја и мање ризике у поређењу са SoC-ом.
Компатибилност процеса и изазови:
SoC: Интегрисање различитих функција као што су дигиталне, аналогне и РФ на једном чипу суочава се са значајним изазовима у погледу компатибилности процеса. Различити функционални модули захтевају различите производне процесе; на пример, дигитална кола захтевају брзе процесе са малом потрошњом енергије, док аналогна кола могу захтевати прецизнију контролу напона. Постизање компатибилности између ових различитих процеса на истом чипу је изузетно тешко.
SiP: Захваљујући технологији паковања, SiP може да интегрише чипове произведене коришћењем различитих процеса, решавајући проблеме компатибилности процеса са којима се суочава SoC технологија. SiP омогућава да више хетерогених чипова ради заједно у истом паковању, али су захтеви за прецизност технологије паковања високи.
Циклус истраживања и развоја и трошкови:
SoC: Пошто SoC захтева пројектовање и верификацију свих модула од нуле, циклус пројектовања је дужи. Сваки модул мора проћи кроз ригорозан процес пројектовања, верификације и тестирања, а целокупни процес развоја може трајати неколико година, што резултира високим трошковима. Међутим, када се једном уђе у масовну производњу, цена по јединици је нижа због високе интеграције.
SiP: Циклус истраживања и развоја је краћи за SiP. Пошто SiP директно користи постојеће, верификоване функционалне чипове за паковање, смањује време потребно за редизајн модула. Ово омогућава брже лансирање производа и значајно смањује трошкове истраживања и развоја.
Перформансе и величина система:
SoC: Пошто су сви модули на истом чипу, кашњења у комуникацији, губици енергије и сметње сигнала су минимизирани, што SoC-у даје ненадмашну предност у перформансама и потрошњи енергије. Његова величина је минимална, што га чини посебно погодним за апликације са високим захтевима за перформансама и напајањем, као што су паметни телефони и чипови за обраду слика.
SiP: Иако ниво интеграције SiP-а није толико висок као код SoC-а, он и даље може компактно да спакује различите чипове заједно користећи технологију вишеслојног паковања, што резултира мањом величином у поређењу са традиционалним решењима са више чипова. Штавише, пошто су модули физички упаковани, а не интегрисани на истом силицијумском чипу, иако перформансе можда нису једнаке SoC-у, он и даље може да задовољи потребе већине апликација.
3. Сценарији примене за SoC и SiP
Сценарији примене за SoC:
SoC је обично погодан за области са високим захтевима за величину, потрошњу енергије и перформансе. На пример:
Паметни телефони: Процесори у паметним телефонима (као што су Apple-ови чипови серије А или Qualcomm-ов Snapdragon) су обично високо интегрисани SoC-ови који укључују CPU, GPU, AI процесорске јединице, комуникационе модуле итд., што захтева и снажне перформансе и ниску потрошњу енергије.
Обрада слике: Код дигиталних камера и дронa, јединице за обраду слике често захтевају снажне могућности паралелне обраде и ниску латенцију, што SoC може ефикасно постићи.
Високоперформансни уграђени системи: SoC је посебно погодан за мале уређаје са строгим захтевима за енергетску ефикасност, као што су IoT уређаји и носиви уређаји.
Сценарији примене за SiP:
SiP има шири спектар сценарија примене, погодан за области које захтевају брз развој и мултифункционалну интеграцију, као што су:
Комуникациона опрема: За базне станице, рутере итд., SiP може интегрисати више РФ и дигиталних сигналних процесора, убрзавајући циклус развоја производа.
Потрошачка електроника: За производе попут паметних сатова и Bluetooth слушалица, који имају брзе циклусе надоградње, SiP технологија омогућава брже лансирање нових производа.
Аутомобилска електроника: Контролни модули и радарски системи у аутомобилским системима могу користити SiP технологију за брзу интеграцију различитих функционалних модула.
4. Будући трендови развоја SoC и SiP
Трендови у развоју SoC-а:
SoC ће наставити да се развија ка већој интеграцији и хетерогеној интеграцији, потенцијално укључујући већу интеграцију AI процесора, 5G комуникационих модула и других функција, покрећући даљу еволуцију интелигентних уређаја.
Трендови у развоју SiP-а:
SiP ће се све више ослањати на напредне технологије паковања, као што су 2.5D и 3D напредак у паковању, како би чврсто спаковао чипове са различитим процесима и функцијама заједно и задовољио брзо променљиве захтеве тржишта.
5. Закључак
SoC је више као изградња мултифункционалног супер небодера, концентришући све функционалне модуле у једном дизајну, погодном за апликације са изузетно високим захтевима за перформансе, величину и потрошњу енергије. SiP, с друге стране, је као „паковање“ различитих функционалних чипова у систем, фокусирајући се више на флексибилност и брз развој, посебно погодан за потрошачку електронику која захтева брза ажурирања. Оба имају своје предности: SoC наглашава оптималне перформансе система и оптимизацију величине, док SiP истиче флексибилност система и оптимизацију развојног циклуса.
Време објаве: 28. октобар 2024.